Prototipado CNC en la industria aeronáutica

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Publicado el 9 de octubre de 2020 | Por Sendot Technology

El desarrollo de la industria aeronáutica de un país refleja fielmente la calidad de su artesanía y el nivel de conocimientos técnicos que posee. Los requisitos de rigidez estructural, precisión, exactitud, calidad y fiabilidad son verdaderamente críticos para esta industria. El concepto de mejora en el diseño de aeronaves y de acelerar el ritmo de las líneas de producción siempre ha supuesto un reto.

Por lo tanto, el mecanizado CNC y el prototipado se abrieron paso en esta industria. Las máquinas CNC, capaces de cumplir requisitos de tolerancias estrechas, ofrecen una gran solución para satisfacer un conjunto diverso de requisitos manteniendo también el ritmo de producción. A medida que avance el artículo, analizaremos en detalle los diversos parámetros que entran en juego en la industria aeronáutica y cómo la tecnología CNC la revoluciona.

¿Por qué es adecuada la tecnología CNC para la industria aeronáutica?

En un artículo de Lufthansa, se afirmaba que Boeing necesitó 6 millones de piezas para construir el avión comercial 747-800. Son varias las ventajas que la tecnología CNC aporta a la industria aeronáutica. Analicemos algunas de ellas:

• La automatización y la flexibilidad son dos parámetros clave requeridos en la industria aeronáutica. Las líneas de producción no son redundantes. La tecnología CNC proporciona a las líneas de producción la capacidad de adaptarse rápidamente a diversas piezas. Por lo tanto, puede realizarse un conjunto diverso de procesos de mecanizado. Se pueden completar múltiples procesos CNC en la misma máquina bajo un único amarre. Esto ayuda a reducir en gran medida el tiempo de procesado y producción, aumentando así los márgenes de beneficio y la eficiencia.
• Hay numerosas ventajas en la producción de piezas mediante este método, entre las que se incluyen la precisión, la repetibilidad, la velocidad y la integración con CAD.
• A diferencia del fresado manual, que está controlado únicamente por humanos y donde las variaciones entre copias son enormes, los duplicados fabricados mediante fresadoras CNC garantizan una copia perfecta del objeto cada vez. La integración del Diseño Asistido por Computadora (CAD) en las fresadoras CNC permite un mejor rendimiento y la producción de copias perfectas en todo momento. Se puede diseñar, modificar o rehacer cualquier pieza según sea necesario antes de producirla. El diseño creado en CAD puede ajustarse fácilmente, permitiendo crear diferentes programas mediante los cuales, al introducir el diseño en la máquina CNC, la fresadora produce una copia física de la pieza. Esto puede conducir rápidamente a un prototipado ágil y sencillo.
• El avance de la tecnología no solo en el sector comercial, sino también dentro de las fuerzas armadas de un país, ha disparado la demanda de aeronaves de calidad constante y con un mínimo de defectos. Para producir copias perfectas de piezas con exactitud y mantener el ritmo de la demanda de empresas como Boeing, Lockheed-Martin, Vickers y otras, las máquinas CNC son el mejor sustituto. Las máquinas CNC garantizan tanto la consistencia como la coherencia de las piezas producidas, permitiendo fabricar y utilizar productos de mejor calidad en la industria aeronáutica. Hoy en día, muchas de las piezas aeroespaciales deben fabricarse a partir de una sola pieza sólida de tocho de aluminio, forjas u otros materiales como el acero inoxidable y otras aleaciones de alta resistencia, de modo que puedan levantar grandes pesos y proporcionar resistencia estructural a la aeronave. Copias de piezas como estas pueden fabricarse fácilmente en máquinas CNC con poca o ninguna diferencia.
• La creciente demanda de los fabricantes de aeronaves que buscan piezas aeronáuticas ha allanado el camino para que numerosas empresas inviertan millones de dólares en compañías que ofrecen servicios de mecanizado CNC, tanto en el sector comercial como en el militar. Grandes empresas han llegado incluso a fabricar piezas enormes con dimensiones que alcanzan diámetros de 50", longitudes de 60", anchuras de 40" y alturas de 32". El peso de las piezas mecanizadas por CNC puede superar las 100 libras en total. Estos proveedores de servicios de mecanizado CNC pueden permitirse y albergar máquinas fresadoras de control numérico integrado tan grandes y, además, suministrar a los fabricantes piezas que cumplen criterios estrictos de tolerancias. Los lugares donde se mide la tolerancia incluyen la planitud, la redondez y la cilindricidad; una planitud de hasta ±0,000002 in., una redondez de diámetro de ±0,00005 in. y una cilindricidad de ±0,001 in. Estas tolerancias estrechas desempeñan un papel importante en piezas como el tren de aterrizaje, sobre el que Raymer afirma: «De los muchos componentes internos que deben definirse en la disposición de una aeronave, el tren de aterrizaje suele causar más problemas».
• Las tolerancias tienen un papel importante en las piezas donde hay poco margen de error en el tamaño. Hay empresas de mecanizado CNC especializadas en la creación de tales piezas. La fabricación de piezas aeronáuticas ha obligado a las empresas a invertir en equipos que les permitan completar la fabricación en un único amarre.

Aplicaciones del mecanizado CNC en la industria aeronáutica

La creciente complejidad de las piezas en las aeronaves modernas requiere una inmensa precisión. Lo que comenzó con madera, alambre y otros materiales básicos en 1903 ha evolucionado rápidamente hacia el uso de materiales compuestos y metales modernos en esta industria. Las aeronaves modernas de hoy implican el uso de un complejo sistema de aviónica, sistemas hidráulicos de última generación, superficies de control aerodinámicamente perfiladas, sistemas de compensación y aletas servo, y sistemas de motor revolucionarios.

A medida que estos sistemas evolucionan rápidamente, siempre existe la necesidad de piezas personalizadas para mejorar las estructuras existentes. No siempre es viable diseñar aeronaves completamente nuevas desde cero para algunas mejoras. Para aumentar la viabilidad de costes, se elabora una lista de mejoras y sustituciones de piezas para varias líneas de aeronaves. Los pedidos de piezas personalizadas similares se agrupan entonces, lo que proporciona tanto compatibilidad como ahorro de costes. Por ejemplo, una antigua línea de Boeing 747 que requiera una actualización al último sistema de control fly-by-wire no requiere fabricar toda la aeronave desde cero. En su lugar, se lleva a cabo el mecanizado de los componentes del sistema específico.

De igual modo, las evoluciones críticas en la industria aeronáutica requieren pruebas intensivas. El prototipado CNC ayuda enormemente en este sentido. Se utiliza para fabricar piezas de componentes estructurales, aviónica, sistemas de propulsión y piezas aerodinámicas.

Habiendo comentado la necesidad de piezas y prototipos personalizados, analicemos algunas piezas clave que se producen mediante mecanizado CNC:

Pieza	Material	Proceso de fabricación
Carcasa del alerón	Acero inoxidable 15-5PH Cond H1025	Fresado CNC de 5 ejes
Reflectores para luces de ala	Aluminio 6061-T6	Fresado CNC de 5 ejes
Carcasa para la válvula de control del sistema de frenado	Aluminio 2024-T351	Fresado CNC de 4 ejes
Asiento de una válvula reguladora de flujo de aire	Acero inoxidable 347	Mecanizado CNC de 5 ejes
Válvula antirretorno del sistema de frenado	Acero inoxidable 18-8 Cond B	Torneado de precisión
Bisagra de los flaps	Inconel 718	Fresado CNC de 3 ejes
Pistón de motor	Aluminio 7075-T651	Torneado CNC convencional
Soporte giratorio	Aluminio 2024-T351	Fresado CNC de 4 ejes

¡Y esta lista no termina aquí!

Los materiales incorporados en la fabricación incluyen aluminio, titanio, acero inoxidable, Inconel, Kovar y cobre. Los tipos de mecanizado generalmente utilizados en la fabricación de piezas de aeronaves incluyen el fresado CNC de 3 ejes, 4 ejes y 5 ejes, el torneado, el mecanizado por electroerosión de hilo (EDM), el desbarbado, el micromecanizado y el mecanizado por electroerosión por penetración (EDM).

Un ejemplo notable en este sentido es el de Thompson Aero Seating, un proveedor de soluciones de asientos aeronáuticos de Irlanda del Norte. La empresa utilizó un proveedor de servicios de mecanizado CNC para fabricar rieles de soporte de aluminio para sus armazones de asientos de clase business con el objetivo de lograr tiempos de ciclo más cortos. Gracias a la incorporación del fresado CNC, los tiempos de ciclo se redujeron en un asombroso 100 %, de 61 minutos a tan solo 32 minutos. Además, el acabado superficial superior del fresado CNC permitió eliminar las operaciones de desbarbado y pulido.

Conclusión

Dados los datos de este artículo, el papel fundamental del prototipado y el mecanizado CNC resulta bastante evidente. Desde lograr tolerancias precisas hasta la reducción de los tiempos de ciclo, el mecanizado CNC ofrece una solución integral. Además, dada la cantidad actual de innovación que se está introduciendo en la industria aeronáutica, el prototipado CNC proporciona todos los pasos de mecanizado necesarios para analizar de forma exhaustiva el rendimiento, la estética y la fabricabilidad.